JP2819810B2 - 酸素分析計 - Google Patents
酸素分析計Info
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- JP2819810B2 JP2819810B2 JP2254476A JP25447690A JP2819810B2 JP 2819810 B2 JP2819810 B2 JP 2819810B2 JP 2254476 A JP2254476 A JP 2254476A JP 25447690 A JP25447690 A JP 25447690A JP 2819810 B2 JP2819810 B2 JP 2819810B2
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は限界拡散電流型の酸素分析計に係り、特に
水蒸気や炭酸ガスの存在下、ふん囲気温度や酸素濃度の
広い範囲で適用可能な酸素分析計に関する。
水蒸気や炭酸ガスの存在下、ふん囲気温度や酸素濃度の
広い範囲で適用可能な酸素分析計に関する。
第３図は従来の酸素分析計を示す接続図である。エレ
メント35の固体電解質32に一対の電極31A,31Bが配さ
れ、限界拡散電流を与える所定の設定電圧V1が印加され
る。このときエレメント内部空間の酸素が電極31Aで酸
素イオンO2-に変換され、酸素イオンとして固体電解質3
2内部を移動し、電極31Bで酸素となってエレメントの外
部に汲み出される。酸素はエレメントの微小孔33を介し
て供給される。前記設定電圧V1において微小孔33を介す
る酸素の拡散と固体電解質32を介する酸素の汲出しとが
バランスして、電極31Aの表面に供給され、電極表面に
到達した酸素は全て酸素イオンとなり酸素拡散が電流値
を支配する限界拡散電流を生ずる。
メント35の固体電解質32に一対の電極31A,31Bが配さ
れ、限界拡散電流を与える所定の設定電圧V1が印加され
る。このときエレメント内部空間の酸素が電極31Aで酸
素イオンO2-に変換され、酸素イオンとして固体電解質3
2内部を移動し、電極31Bで酸素となってエレメントの外
部に汲み出される。酸素はエレメントの微小孔33を介し
て供給される。前記設定電圧V1において微小孔33を介す
る酸素の拡散と固体電解質32を介する酸素の汲出しとが
バランスして、電極31Aの表面に供給され、電極表面に
到達した酸素は全て酸素イオンとなり酸素拡散が電流値
を支配する限界拡散電流を生ずる。
第４図は酸素と水蒸気を含む測定ガスに対する従来の
定常状態における電流電圧特性を示す線図である。特性
線22は水蒸気を体積で２％含む空気の温度25℃における
特性である。２つのプラトー（フラット領域）が見られ
る。設定電圧V1が0.8V附近のものは酸素の限界拡散電流
によるものであり、1.5V附近のものは酸素の限界拡散電
流に水蒸気の限界拡散電流が加わったものである。特性
線23は水蒸気を体積で２％、酸素を10％含むガス（バラ
ンス窒素）の温度25℃における特性である。従ってこの
２つの事例に関する限り設定電圧V1を0.8Vにして酸素濃
度を検出し、設定電圧V1を1.5Vにして水蒸気濃度を検出
できる（この場合酸素による限界拡散電流を差引く）。
定常状態における電流電圧特性を示す線図である。特性
線22は水蒸気を体積で２％含む空気の温度25℃における
特性である。２つのプラトー（フラット領域）が見られ
る。設定電圧V1が0.8V附近のものは酸素の限界拡散電流
によるものであり、1.5V附近のものは酸素の限界拡散電
流に水蒸気の限界拡散電流が加わったものである。特性
線23は水蒸気を体積で２％、酸素を10％含むガス（バラ
ンス窒素）の温度25℃における特性である。従ってこの
２つの事例に関する限り設定電圧V1を0.8Vにして酸素濃
度を検出し、設定電圧V1を1.5Vにして水蒸気濃度を検出
できる（この場合酸素による限界拡散電流を差引く）。
しかしながら水蒸気の存在下、測定酸素濃度範囲が１
％位の低濃度から30％をこえる高濃度におよぶ場合や、
酸素分析計のふん囲気温度が５℃から＋75℃の広範囲に
変化するような場合は、酸素濃度を測定するための設定
電圧V1を適値に設定することが不可能となる。第４図の
特性線21は水蒸気を体積で２％含む空気の特性で温度は
75℃である。特性線24は水蒸気を体積で0.8％含む空気
の温度５℃における特性である。特性線21,22,24を比較
すると特性が温度依存性を示し、そのために共通のプラ
トー領域がせまくなっている。特性線25は水蒸気を体積
で２％，酸素を１％（バランス窒素）含むガスの温度25
℃における特性である。このように、ふん囲気温度や酸
素濃度が広範囲に変化するときはこれら条件に従ってプ
ラトーが変化し、共通の設定電圧V1を定めることが困難
になるが、水蒸気を含むときはさらにこの困難性は一層
大きくなる。
％位の低濃度から30％をこえる高濃度におよぶ場合や、
酸素分析計のふん囲気温度が５℃から＋75℃の広範囲に
変化するような場合は、酸素濃度を測定するための設定
電圧V1を適値に設定することが不可能となる。第４図の
特性線21は水蒸気を体積で２％含む空気の特性で温度は
75℃である。特性線24は水蒸気を体積で0.8％含む空気
の温度５℃における特性である。特性線21,22,24を比較
すると特性が温度依存性を示し、そのために共通のプラ
トー領域がせまくなっている。特性線25は水蒸気を体積
で２％，酸素を１％（バランス窒素）含むガスの温度25
℃における特性である。このように、ふん囲気温度や酸
素濃度が広範囲に変化するときはこれら条件に従ってプ
ラトーが変化し、共通の設定電圧V1を定めることが困難
になるが、水蒸気を含むときはさらにこの困難性は一層
大きくなる。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的はふん
囲気温度や酸素濃度等の測定条件が変化しても与えられ
た測定条件下に固有のプラトー領域を検出するようにし
て、水蒸気や炭酸ガスの干渉がなく、ふん囲気温度や酸
素濃度の広い変化に対応可能な酸素分析計を提供するこ
とにある。
囲気温度や酸素濃度等の測定条件が変化しても与えられ
た測定条件下に固有のプラトー領域を検出するようにし
て、水蒸気や炭酸ガスの干渉がなく、ふん囲気温度や酸
素濃度の広い変化に対応可能な酸素分析計を提供するこ
とにある。
本発明者は電流電圧特性のプラトーにつき鋭意研究を
重ねた結果、静的な従来の測定方法にかえて動的なサイ
クリックボルタメトリの手法が限界拡散電流型の酸素分
析刑に適用し得ることを見出し、この知見に基いて本発
明をなすに至った。従来の測定方法は定常状態を測定す
るものであり、また一般にサイクリックボルタメトリー
は非定常状態の測定であって、両者は通常その特性を異
にする。しかしながらサイクリックボルタメトリーの手
法を限界拡散電流型の酸素分析計に適用した場合は、従
来の測定方法による特性と殆んど同じような電流電圧特
性が得られることがわかった。
重ねた結果、静的な従来の測定方法にかえて動的なサイ
クリックボルタメトリの手法が限界拡散電流型の酸素分
析刑に適用し得ることを見出し、この知見に基いて本発
明をなすに至った。従来の測定方法は定常状態を測定す
るものであり、また一般にサイクリックボルタメトリー
は非定常状態の測定であって、両者は通常その特性を異
にする。しかしながらサイクリックボルタメトリーの手
法を限界拡散電流型の酸素分析計に適用した場合は、従
来の測定方法による特性と殆んど同じような電流電圧特
性が得られることがわかった。
上述の目的はこの発明によれば、一対の電極31A,31B
と電圧走査部21と微分および比較操作部22とを有し、 一対の電極は固体電解質に配され、微小孔を介して拡
散してくる酸素を電気化学的に汲み出すものであり、 電圧走査部は、一対の電極に所定の速度で走査される
電圧を印加して前記酸素の汲み出しの電解電流を検出
し、 微分および比較操作部は前記電解電流を印加電圧で微
分するとともに得られた微分値を所定の設定値と比較し
てその値が等しくなったときに、電圧走査をリセットす
るとともに、その際得られた電解電流を出力としてとり
出すものである、とすることにより達成される。
と電圧走査部21と微分および比較操作部22とを有し、 一対の電極は固体電解質に配され、微小孔を介して拡
散してくる酸素を電気化学的に汲み出すものであり、 電圧走査部は、一対の電極に所定の速度で走査される
電圧を印加して前記酸素の汲み出しの電解電流を検出
し、 微分および比較操作部は前記電解電流を印加電圧で微
分するとともに得られた微分値を所定の設定値と比較し
てその値が等しくなったときに、電圧走査をリセットす
るとともに、その際得られた電解電流を出力としてとり
出すものである、とすることにより達成される。
電極に印加する電圧を走査することによって電解電流
を電圧によって微分することが可能となる。得られた微
分値を所定の設定値と比較することにより測定条件下に
おける電流電圧特性のプラトー領域を容易に検出するこ
とができる。微分値を所定の設定値と比較してその値が
等しくなったときに電圧走査をリセットするので、水蒸
気や炭酸ガスの分解電圧まで印加電圧が高まることがな
い。
を電圧によって微分することが可能となる。得られた微
分値を所定の設定値と比較することにより測定条件下に
おける電流電圧特性のプラトー領域を容易に検出するこ
とができる。微分値を所定の設定値と比較してその値が
等しくなったときに電圧走査をリセットするので、水蒸
気や炭酸ガスの分解電圧まで印加電圧が高まることがな
い。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。第１
図はこの発明の実施例に係る酸素分析計を示す電気的結
線図である。エレメント35の電極31A,31Bに電圧走査回
路31より0.1〜0.5V/sの走査速度で増大する電圧Ｖが印
加される。電極31Aには負電圧が、電極31Bには正電圧が
印加される。電解電流ｉが電解電流検出回路13において
検出される。走査される印加電圧Ｖと電解電流の変化か
ら、微分回路14において微分値（△i/△Ｖ）が算出され
る。この微分値（△i/△Ｖ）は設定値（△i/△Ｖ）０と
比較回路16において比較される。設定値（△i/△Ｖ）０
は微分値設定回路15において10〜100μA/Vの範囲の所定
値に設定される。この設定値は電流電圧特性のプラトー
領域の勾配に相当する。算出された微分値（△i/△Ｖ）
が設定値（△i/△Ｖ）０と等しくなったとき、比較回路
16はスイッチ18を駆動して設点出力により電解電流ｉを
信号ホールド回路17に送る。これは酸素分析計の出力と
なる。一方比較回路16の他の出力であるトリガー信号は
電圧走査回路11に結合され、電圧走査回路11をリセット
し、走査巾設定回路12により決定された走査巾だけ電圧
を降下させる。
図はこの発明の実施例に係る酸素分析計を示す電気的結
線図である。エレメント35の電極31A,31Bに電圧走査回
路31より0.1〜0.5V/sの走査速度で増大する電圧Ｖが印
加される。電極31Aには負電圧が、電極31Bには正電圧が
印加される。電解電流ｉが電解電流検出回路13において
検出される。走査される印加電圧Ｖと電解電流の変化か
ら、微分回路14において微分値（△i/△Ｖ）が算出され
る。この微分値（△i/△Ｖ）は設定値（△i/△Ｖ）０と
比較回路16において比較される。設定値（△i/△Ｖ）０
は微分値設定回路15において10〜100μA/Vの範囲の所定
値に設定される。この設定値は電流電圧特性のプラトー
領域の勾配に相当する。算出された微分値（△i/△Ｖ）
が設定値（△i/△Ｖ）０と等しくなったとき、比較回路
16はスイッチ18を駆動して設点出力により電解電流ｉを
信号ホールド回路17に送る。これは酸素分析計の出力と
なる。一方比較回路16の他の出力であるトリガー信号は
電圧走査回路11に結合され、電圧走査回路11をリセット
し、走査巾設定回路12により決定された走査巾だけ電圧
を降下させる。
前記0.1〜0.5V/sの走査速度において、電流電圧特性
は従来の電流電圧特性と殆んど同一になる。走査速度が
より速いと、非定常性が現れて特性は一致しなくなる。
走査速度がより遅いと、測定周期が長くなって実用性が
失われてくる。
は従来の電流電圧特性と殆んど同一になる。走査速度が
より速いと、非定常性が現れて特性は一致しなくなる。
走査速度がより遅いと、測定周期が長くなって実用性が
失われてくる。
前記プラトーの勾配である10〜100μA/Vの設定値はふ
ん囲気温度，酸素濃度範囲が変化しても適用することが
できる。この設定値はヒータ34によるセンサ駆動温度40
0〜500℃の範囲で適用することができる。
ん囲気温度，酸素濃度範囲が変化しても適用することが
できる。この設定値はヒータ34によるセンサ駆動温度40
0〜500℃の範囲で適用することができる。
第２図はこの発明の実施例に係る酸素分析計の検量関
係を示す線図である。酸素濃度は１〜30（％），ふん囲
気温度は５〜75℃の範囲で変化させた。水蒸気は0.8〜
２％の範囲で含ませた。ふん囲気温度５〜75℃，酸素濃
度範囲１〜30％の条件下で水蒸気の干渉を受けることな
く、酸素濃度を測定できることがわかる。炭酸ガスにつ
いても水蒸気と同様のことが云える。また第２図に示す
ように本発明の酸素分析計は従来の酸素分析計に比し、
ふん囲気温度の影響が少なくなっている。例えば微分値
の設定値が（△i/△Ｖ）０＝10μA/Vのとき75℃で誤差
＋2.6％（25℃基準）,5℃で誤差−1.8％である。これは
従来の設定電圧V1がV1＝0.9Vのとき75℃で＋4.9％,5℃
で−2.4％の誤差を示すのに比して小さい。
係を示す線図である。酸素濃度は１〜30（％），ふん囲
気温度は５〜75℃の範囲で変化させた。水蒸気は0.8〜
２％の範囲で含ませた。ふん囲気温度５〜75℃，酸素濃
度範囲１〜30％の条件下で水蒸気の干渉を受けることな
く、酸素濃度を測定できることがわかる。炭酸ガスにつ
いても水蒸気と同様のことが云える。また第２図に示す
ように本発明の酸素分析計は従来の酸素分析計に比し、
ふん囲気温度の影響が少なくなっている。例えば微分値
の設定値が（△i/△Ｖ）０＝10μA/Vのとき75℃で誤差
＋2.6％（25℃基準）,5℃で誤差−1.8％である。これは
従来の設定電圧V1がV1＝0.9Vのとき75℃で＋4.9％,5℃
で−2.4％の誤差を示すのに比して小さい。
一般に電極の活性が失われてくると、電流電圧特性の
プラトー開始電圧が大きくなり特性が変化するが、本発
明の酸素分析計では変化した特性につきそのプラトー領
域を検出できるので、電極活性の劣化の影響は少なくな
る。
プラトー開始電圧が大きくなり特性が変化するが、本発
明の酸素分析計では変化した特性につきそのプラトー領
域を検出できるので、電極活性の劣化の影響は少なくな
る。
この発明によれば、一対の電極と電圧走査部と微分お
よび比較操作部とを有し、 一対の電極は固体電解質に配され、微小孔を介して拡
散してくる酸素を電気化学的に汲み出すものであり、 電圧走査部は、一対の電極に所定の速度で走査される
電圧を印加して前記酸素の汲み出しの電解電流を検出
し、 微分および比較操作部は前記電解電流を印加電圧で微
分するとともに得られた微分値を所定の設定値と比較し
てその値が等しくなったときに、電圧走査をリセットす
るとともに、その際得られた電解電流を出力としてとり
出すものであるので、 与えられたふん囲気温度，酸素濃度および干渉ガスの
共存下において測定ガスのもつ固有の電流電圧特性につ
き、そのプラトー領域をその実特性に即応して検出する
ことができ、その結果水蒸気や炭酸ガスが存在してもそ
の干渉を受けることなくふん囲気温度や酸素濃度の広い
範囲で、適用可能な酸素分析計が得られる。
よび比較操作部とを有し、 一対の電極は固体電解質に配され、微小孔を介して拡
散してくる酸素を電気化学的に汲み出すものであり、 電圧走査部は、一対の電極に所定の速度で走査される
電圧を印加して前記酸素の汲み出しの電解電流を検出
し、 微分および比較操作部は前記電解電流を印加電圧で微
分するとともに得られた微分値を所定の設定値と比較し
てその値が等しくなったときに、電圧走査をリセットす
るとともに、その際得られた電解電流を出力としてとり
出すものであるので、 与えられたふん囲気温度，酸素濃度および干渉ガスの
共存下において測定ガスのもつ固有の電流電圧特性につ
き、そのプラトー領域をその実特性に即応して検出する
ことができ、その結果水蒸気や炭酸ガスが存在してもそ
の干渉を受けることなくふん囲気温度や酸素濃度の広い
範囲で、適用可能な酸素分析計が得られる。
第１図はこの発明の実施例に係る酸素分析計を示す電気
的結線図、第２図はこの発明の実施例に係る酸素分析計
の検量関係を示す線図、第３図は従来の酸素分析計を示
す接続図、第４図は酸素と水蒸気を含む測定ガスに対す
る従来の定常状態における電流電圧特性を示す線図であ
る。 21:電圧操作部、22:微分および比較操作部、31A,31B:電
極。
的結線図、第２図はこの発明の実施例に係る酸素分析計
の検量関係を示す線図、第３図は従来の酸素分析計を示
す接続図、第４図は酸素と水蒸気を含む測定ガスに対す
る従来の定常状態における電流電圧特性を示す線図であ
る。 21:電圧操作部、22:微分および比較操作部、31A,31B:電
極。
Claims (3)
- 【請求項１】一対の電極と電圧走査部と微分および比較
操作部とを有し、 一対の電極は固体電解質に配され、微小孔を介して拡散
してくる酸素を電気化学的に汲み出すものであり、 電圧走査部は、一対の電極に所定の速度で走査される電
圧を印加して前記酸素の汲み出しの電解電流を検出し、 微分および比較操作部は前記電解電流を印加電圧で微分
するとともに得られた微分値を所定の設定値と比較して
その値が等しくなったときに、電圧走査をリセットする
とともに、その際得られた電解電流を出力としてとり出
すものであることを特徴とする酸素分析計。 - 【請求項２】請求項１記載の酸素分析計において、電圧
の走査速度は毎秒0.1〜0.5Vであることを特徴とする酸
素分析計。 - 【請求項３】請求項１記載の酸素分析計において、所定
の微分値は10〜100（μA/V）の範囲にあることを特徴と
する酸素分析計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254476A JP2819810B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 酸素分析計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254476A JP2819810B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 酸素分析計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04131758A JPH04131758A (ja) | 1992-05-06 |
| JP2819810B2 true JP2819810B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=17265579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2254476A Expired - Lifetime JP2819810B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 酸素分析計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2819810B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-25 JP JP2254476A patent/JP2819810B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04131758A (ja) | 1992-05-06 |
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